CN112799399A - 自动割草机的路径规划方法、系统、设备及自动割草机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自动割草机的路径规划方法、系统、设备及自动割草机，所述自动割草机的路径规划方法包括，所述自动割草机包括机身、前置传感器和后置传感器；所述自动割草机的路径规划方法包括：控制所述自动割草机退出充电站直至充电站外场环路之外；控制所述自动割草机寻找引导线，其中，在控制所述自动割草机跨骑所述引导线行走或者以一随机走廊间距跟随所述引导线行走的过程中遇见障碍物时，控制所述自动割草机执行至少一次绕障操作以自动绕开所述障碍物。利用本发明，不仅能够在割草机出站时自动绕开障碍物，而且可以避免自动割草机沿着固定路径出站时产生的车辙，减少了对草坪或植被的损坏。

Description

自动割草机的路径规划方法、系统、设备及自动割草机

技术领域

本发明涉及自动割草机技术领域，特别涉及一种自动割草机的路径规划方法、系统、设备及自动割草机。

背景技术

自动割草机是一种用于修剪草坪、植被等的园林工具，通常包括自走机构、割刀机构以及动力源，所述动力源可以是汽油机、电池包等等。电池驱动式自动割草机因为噪声低、零污染而广受用户的喜爱。然而，由于电池能量密度、电池生产成本等因素的制约，自动割草机所携带的电池包的电量十分有限，从而导致自动割草机的一次作业面积偏小。当草坪面积较广时，自动割草机工作一定时间后需要返回充电站进行充电，充电完成后离开充电站并返回工作区域进行割草作业。

当自动割草机从充电站离开并返回割草区域工作时，大部分产品都是沿着固定轨迹出站，这不仅容易产生车辙，从而影响车辙区域的草坪或制植被的生长；而且容易造成相同路径割草偏多，从而影响整体割草效率和草坪的美观。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自动割草机的路径规划方法、系统、设备及自动割草机，用于解决现有技术中自动割草机从充电站离开并返回割草区域工作时容易产生车辙以及相同路径割草偏多的技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种自动割草机的路径规划方法，用于控制自动割草机离开充电站，所述自动割草机包括机身和分别设置于所述机身的头端的至少一前置传感器和设置于所述机身的尾端的至少一后置传感器；

所述自动割草机的路径规划方法包括：

控制所述自动割草机退出充电站直至充电站外场环路之外；

控制所述自动割草机寻找引导线，其中，所述引导线是预先铺设在由边界线限定出的所述自动割草机的工作区域内；

控制所述自动割草机跨骑所述引导线行走或者以一随机走廊间距跟随所述引导线行走，直至行走预定目标距离；

其中，在控制所述自动割草机跨骑所述引导线行走或者以一随机走廊间距跟随所述引导线行走的过程中遇见障碍物时，控制所述自动割草机执行至少一次绕障操作以自动绕开所述障碍物。

在一可选实施例中，控制所述自动割草机寻找引导线的步骤包括：

控制所述自动割草机继续行走一段随机距离；

控制所述自动割草机转动以使所述后置传感器对准行进方向；

判定是否检测到所述引导线的引导信号：当检测到所述引导线的引导信号时，控制所述自动割草机跨骑所述引导线或者以一随机间距跟随所述引导线行走，直至行走所述预定目标距离。

在一可选实施例中，当未检测到所述引导线的引导信号时，控制所述自动割草机中止操作。

在一可选实施例中，控制所述自动割草机跨骑所述引导线行走或者以一随机间距跟随所述引导线行走，直至行走预定目标距离的步骤包括：

控制所述自动割草机使所述引导线和所述后置传感器交叉；

控制所述自动割草机跨骑所述引导线行走直至行走所述预定目标距离。

在一可选实施例中，控制所述自动割草机跨骑所述引导线行走或者以一随机走廊间距跟随所述引导线行走，直至行走预定目标距离的步骤包括：

控制所述自动割草机的尾端转动一随机角度，所述后置传感器与所述引导线的距离作为所述随机走廊距离；

控制所述自动割草机以所述随机走廊间距跟随所述引导线行走。

在一可选实施例中，控制所述自动割草机以所述随机走廊间距跟随所述引导线行走的步骤包括：

控制所述自动割草机利用所述后置传感器对所述引导线的引导信号进行采样；

控制所述自动割草机以采集到的所述引导线的引导信号幅值跟随所述引导线行走。

在一可选实施例中，所述前置传感器包括磁感线圈，所述后置传感器包括磁感线圈。

在一可选实施例中，所述自动割草机的路径规划方法还包括，行走所述预定目标距离后，控制所述自动割草机在所述工作区域内开始割草作业。

在一可选实施例中，所述自动割草机在所述工作区域内开始随机割草作业。

在一可选实施例中，所述行走所述预定目标距离后，控制所述自动割草机在所述工作区域内开始割草作业的步骤包括：

行走所述预定目标距离后，控制所述自动割草机先向任一方向转动90°，然后控制所述自动割草机在所述工作区域内开始随机割草作业。

在一可选实施例中，所述随机距离介于10cm-50cm之间。

在一可选实施例中，所述绕障操作包括：

当所述自动割草机遇到障碍物时，控制所述自动割草机倒退一预设倒退距离；

控制所述自动割草机朝向远离所述引导线的方向转动一预设角度；

控制所述自动割草机绕所述障碍物做弧线行走，以尝试绕过所述障碍物。

在一可选实施例中，所述前置传感器设置于所述机身的头端的中心线上，所述后置传感器设置于所述机身的尾端的中心线的一侧。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种自动割草机的路径规划系统，用于控制自动割草机自动离开充电站，所述自动割草机包括机身和分别设置于所述机身的头端的至少一前置传感器和设置于所述机身的尾端的至少一后置传感器；

所述自动割草机的路径规划系统包括：

充电站退出模块，用于控制所述自动割草机退出充电站直至充电站外场环路之外；

引导线寻找模块，用于控制所述自动割草机寻找引导线，其中，所述引导线是预先铺设在由边界线限定出的所述自动割草机的工作区域内；

跨骑及跟随模块，用于控制所述自动割草机跨骑所述引导线行走或者以一随机走廊间距跟随所述引导线行走，直至行走预定目标距离；

其中，所述跨骑及跟随模块包括绕障子模块，所述绕障子模块用于在控制所述自动割草机跨骑所述引导线行走或者以一随机走廊间距跟随所述引导线行走的过程中遇见障碍物时，控制所述自动割草机执行至少一次绕障操作以自动绕开所述障碍物。

在一可选实施例中，所述引导线寻找模块包括：

行走子模块，用于控制所述自动割草机继续行走一段随机距离；

转向子模块，用于控制所述自动割草机转动以使所述后置传感器对准行进方向。

检测判定子模块，用于当所述后置传感器对准行进方向后判定是否检测到所述引导线的引导信号；当检测到所述引导线的引导信号时，所述自动割草机跨骑所述引导线或者以一随机间距跟随所述引导线行走，直至行走所述预定目标距离。

在一可选实施例中，所述跨骑及跟随模块包括跨骑子模块，用于控制所述自动割草机使所述引导线和所述后置传感器交叉，和控制所述自动割草机跨骑所述引导线行走直至行走所述预定目标距离。

在一可选实施例中，所述跨骑及跟随模块包括跟随子模块，用于控制所述自动割草机的尾端转动一随机角度，将所述后置传感器与所述引导线的距离作为所述随机走廊距离，所述自动割草机以所述随机走廊间距跟随所述引导线行走。

在一可选实施例中，所述自动割草机的路径规划系统还包括，割草作业模块，用于行走所述预定目标距离后，控制所述自动割草机在由所述边界线限定出的所述工作区域内开始割草作业。

在一可选实施例中，所述绕障子模块包括：

倒退子模块，用于当所述自动割草机遇到障碍物时，控制所述自动割草机倒退一预设倒退距离；

转动子模块，用于控制所述自动割草机朝向远离所述引导线的方向转动一预设角度；

弧线行走子模块，用于控制所述自动割草机绕所述障碍物做弧线行走，以尝试绕过所述障碍物。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种自动割草机，所述自动割草机包括：

机身；

至少一前置传感器，设置于所述机身的前端；

至少一后置传感器，设置于所述机身的尾端；

避障检测装置，设置于所述机身上；

控制单元，设置于所述机身上，所述控制单元包括相互耦合的处理器和存储器，所述存储器存储有程序指令，当所述存储器存储的程序指令被所述处理器执行时实现权利要求1-13中任意一项所述的自动割草机的路径规划方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种存储介质，包括程序，当所述程序在计算机上运行时，使得所述计算机执行如上述任意一项所述的自动割草机的路径规划方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种自动割草机的路径规划设备，所述自动割草机的路径规划设备包括：

自动割草机，包括机身，设置于所述机身上的避障检测装置以及分别设置于所述机身的头端的至少一前置传感器和设置于所述机身的尾端的至少一后置传感器；

至少一条引导线，预先铺设在所述自动割草机的工作区域内；

边界线，预先铺设在所述自动割草机的所述工作区域的边沿上；

充电站，所述充电站位于所述边界线上，所述充电站内设置有充电站外场环路；

所述传感器用于感测所述边界线、所述充电站外场环路及所述引导线的组合中的至少一个的引导信号；所述控制单元用于根据引导信号控制所述自动割草机自动离开所述充电站。

在一可选实施例中，所述边界线沿所述工作区域的边沿固定在地面上或埋在地面下方。

在一可选实施例中，所述引导线固定在地面上或埋在地面下方。

在一可选实施例中，所述引导信号包括交变磁场；所述前置传感器包括磁感线圈，所述后置传感器包括磁感线圈。

在一可选实施例中，所述自动割草机的路径规划设备包括多条所述引导线。

在一可选实施例中，所述自动割草机的路径规划设备还包括信号发生装置，所述信号发生装置分别与所述引导线、所述边界线及所述充电站外场环路连接。

在一可选实施例中，所述前置传感器设置于所述机身的头端的中心线上，所述后置传感器设置于所述机身的尾端的中心线的一侧。

本发明的自动割草机的路径规划方法、系统、设备及自动割草机，能够用于规划自动割草机离开充电站的路径，使充电站每次沿着不同的路径离开充电站，从而避免沿着自动割草机沿着固定路径出站时产生车辙，影响车辙区域的草坪或制植被的生长。

本发明的自动割草机的路径规划方法、系统、设备及自动割草机，能够用于规划自动割草机离开充电站的路径，使充电站每次沿着不同的路径离开充电站，从而可以避免自动割草机沿着相同路径反复割草，提高割草效率，提升草坪的美观。

本发明的自动割草机的路径规划方法、系统、设备及自动割草机，由于引导线可以根据需要布置成相对简单的形状，从而能够使自动割草机离站的路径规划更简单。

本发明的自动割草机的路径规划方法、系统、设备及自动割草机，能够在跨骑或跟随引导线时自动绕开障碍物，并重新跨骑或跟随引导线直至行走预设目标距离，实现自动割草机的出站。

附图说明

图1显示为本发明的自动割草机出站的自动割草机的路径规划设备的结构示意图。

图2显示为本发明的自动割草机的路径规划方法的流程示意图。

图3显示为图2中步骤S20的子流程示意图。

图4显示为本发明中所述自动割草机退出充电站直至充电站外场环路之外并行走一段随机距离时的示意图。

图5a、5b显示为本发明中所述自动割草机转动以使所述后置传感器对准行进方向的示意图。

图6a-6e显示为本发明中所述自动割草机跨骑所述引导线行走直至行走预定目标距离的示意图。

图7显示为本发明中行走所述预定目标距离后，所述自动割草机先向任一方向转动90°的示意图。

图8显示为本发明中自动割草机在所述工作区域内开始随机割草作业的示意图。

图9显示为本发明中自动割草机的尾端转动一随机角度，将所述后置传感器与所述引导线的距离作为所述随机走廊距离的示意图。

图10显示为本发明中所述自动割草机以所述随机走廊间距跟随所述引导线行走的示意图。

图11a-11i显示为本发明中所述自动割草机在骑跨或者跟随引导线过程中绕开障碍物的示意图。

图12显示为本发明的自动割草机的路径规划系统的结构框图。

图13显示为本发明的控制单元的结构框图。

图14显示为本发明的自动割草机的结构框图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1-14。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

电驱动式自动割草机需要经常回到充电站进行充电，充好电后会从充电站离开并返回割草区域工作时，为了避免自动割草机沿着固定轨迹出站容易产生车辙，以及造成相同路径割草较多的问题，本发明的实施例公开一种用于自动割草机离开充电站的自动割草机的路径规划方法、系统及设备。其中，图1示出了本发明的自动割草机的路径规划设备的结构示意图；图2示出了本发明的自动割草机的路径规划方法的流程示意图；图12示出了本发明的自动割草机的路径规划系统的结构框图；图14显示为本发明的自动割草机的结构框图。需要说明的是，为了使附图显示更加清楚，图1及后续附图4-11中对自动割草机、充电站进行了放大示出。在本发明中，所述自动割草机包括自走式自动割草机，是一种采用电池供电且需要定期充电的电动工具。自动割草机在使用期间可以在边界线限定出的工作区域内移动作业。

请参阅图1及图14，在本发明中，用于自动割草机1出站的自动割草机的路径规划设备包括自动割草机1，引导线7、边界线2及充电站3。

所述自动割草机1包括机身，以及设置于所述机身上的控制单元6(详见下文相关部分描述)、避障检测装置104和至少两个传感器5；其中一个所述传感器5设置于所述机身的头端作为前置传感器5a，另一个所述传感器设置于所述机身的尾端作为后置传感器5b，所述传感器5用于感测所述边界线2、所述引导线7及所述充电站外场环路4中的至少一个的引导信号；所述控制单元6用于根据引导信号控制所述自动割草机1自动离开所述充电站3；所述避障检测装置104用于探测自动割草机1的行进路径上的障碍物，然后将信号传输给控制单元6，控制单元6控制自动割草机1实现避障操作，以绕开障碍物，所述避障检测装置104例如可以是红外传感器、激光传感器或者碰撞传感器等；当所述碰撞传感器可以是由磁体和霍尔传感器组成的传感器，也可以是由衔铁或电感式传感器组成的传感器。以由磁体和霍尔传感器组成的碰撞传感器为例，例如可以将所述磁体或者霍尔传感器分别安装在自动割草机1的两个部件上，所述两个部件例如可以是自动割草机1的机身的顶盖和壳体；自动割草机1发生碰撞时，其中一个部件(例如顶盖)可以在惯性的作用下相对于另一个部件(例如壳体)沿着自动割草机1的行进方向向前运行一段距离，从而使得所述磁体和所述霍尔传感器发生相对位移，进而引起所述霍尔传感器的信号变化，此时霍尔传感器可将信号发送给控制单元6，控制单元6控制自动割草机1实现避障操作，以绕开障碍物。

所述引导线7是预先铺设在所述自动割草机1的工作区域内，所述引导线7的两端分别所述充电站3和所述边界线2连接，其中，所述引导线7与所述充电站3连接的一端也与所述边界线2连接，从而引导线7和位于引导线7两个端点之间的相对短的一部分边界线2共同组成一个闭合环路。所述充电站3位于所述边界线2上，所述充电站3被设置为充电板，以方便自动割草机1在对接过程中处于均匀且连续的平面上，保证对接过程的更精确。为了便于自动割草机1识别定位充电站3的位置，在充电站3内设置有充电站外场环路4，并且边界线2在充电站3的位置向内工作区域内凹形成一个比所述充电站外场环路4窄且穿过所述充电站外场环路4的充电站内场环路2a，所述充电站内场环路2a用于引导自动割草机退出充电站。

请参阅图1，所述边界线2例如可以沿所述工作区域的边沿埋设以隐藏边界线2，当然，边界线2也可以设置在地表上或地面上。边界线2在充电站3的位置向内工作区域内凹形成一个比所述充电站外场环路4窄且穿过所述充电站外场环路4的充电站内场环路2a。所述边界线2例如可以是单芯型的金属导线(例如铜线)或者多股线等。所述引导线7例如可以沿埋设于所述工作区域内以隐藏边界线2，当然，边界线2也可以设置在所述工作区域内的地表上或地面上。所述边界线2(包括充电站内场环路2a)、所述引导线7及所述充电站外场环路4的分别与设置于充电站3中的信号发生装置耦合连接，所述信号发生装置用于产生一定频率脉冲电流信号并输入到所述边界线2、所述引导线7或所述充电站外场环路4内，以在所述边界线2、所述引导线7或所述充电站外场环路4中形成引导信号，并且所述边界线2、所述引导线7及所述充电站外场环路4产生的引导信号需要具有自身的特殊特性，以将三者区分开来，例如可以通过间隔方式分别向所述边界线2、所述引导线7及所述充电站外场环路4输入脉冲电流信号，以使所述边界线2、所述引导线7及所述充电站外场环路4分别在不同的时间区间产生对应的引导信号。所述传感器5例如可以采用磁场传感器5或者电流传感器5，以测所述边界线2、所述引导线7和所述充电站外场环路4中的至少一个的引导信号。

请参阅图1和图14，本发明自动割草机1还包括设置于机身上的行走组件101、作业组件102及供电组件103。所述行走组件101包括位于机身的两侧的驱动轮，驱动轮例如可以是位于机身的前方，也即设置前置传感器5a的一侧(其他实施例中，也可以是位于机身后方)，两个驱动轮分别被两个驱动电机驱动，机身的前方还设有至少一个支撑轮，自动割草机1被驱动轮与支撑轮支撑行走，支撑轮例如可以为万向轮，以便自动割草机1转向。所述控制单元6通过控制两个驱动电机的转速来控制自动割草机1的行走方向及速度，当驱动电机的转速不同时，自动割草机1可实现转弯；当驱动电机的转速相同时，自动割草机1可实现直线行走，当驱动电机的转速相反时，自动割草机1实现原地零位转向。所述作业组件102包括切割电机以及被切割电机驱动的切割头，所述作业组件102大致位于自动割草机1的中心位置，切割电机的旋转轴大致垂直于水平面，作业组件102可以被操作者调节与地面的高度，以实现对切割高度的调节。所述供电组件103包括可充电电池以及给可充电电池供电的充电系统。所述控制单元6接收发送给自动割草机1的各种信号或传感器5采集的信号，并通过内置的处理器61生成对应的控制信号，根据生成的控制信号对所述行走单元或者所述作业单元进行控制，从而使自动割草机1沿着规划的路线离开充电站3以进行割草作业，所述自动割草机1既可以根据下文中的自动割草机的路径规划方法、自动割草机的路径规划系统规划的路径离开充电站3，也可以以其他合适的方法规划的路径离开充电站3。

需要说明的是，所述自动割草机1的机身上还设置有报警装置(未图示)，所述报警装置用于当所述自动割草机1出现故障、运行中出现意外情况时发出报警，或者将报警信息通过无线方式发给用户的终端设备，用户接收到报警信号，可以及时消除故障或处理意外情况，以使自动割草机1能够正常运行，意外情况例如可以是自动割草机1卡在某个地形、无法越过障碍物、找寻不到引导线、寻不到边界线以及电量不足以返回充电站等情形。

在本发明中，将以引导信号为交变磁场，传感器5为磁感线圈为例为说明，可理解的是，本发明的自动割草机的路径规划方法和系统中，也可以采用其他合适的引导信号形式，或者不同类型的传感器5。所述信号发生装置例如可以向所述边界线2、所述引导线7或所述充电站外场环路4内输入交变的脉冲电流信号，从而在所述边界线2、所述引导线7或所述充电站外场环路4的周围会产生交变的磁场；所述传感器5例如可以采用磁感线圈。其感测原理是：根据磁感效应，当向所述边界线2、所述引导线7或所述充电站外场环路4中输入交变的脉冲电流时，可在所述边界线2、所述引导线7或所述充电站外场环路4的周围产生交变的磁场，磁感线圈位于所述边界线2、所述引导线7或所述充电站外场环路4的附近时，磁感线圈会在交变的磁场中产生感应电动势，从而在磁感线圈中产生感应电流，感应电流经滤波放大处理后发送给自动割草机1的控制单元6，控制单元6可以根据感应电流的大小和极性来判定自动割草机1相对于所述边界线2、所述引导线7或所述充电站外场环路4的位置以及方位。在所述边界线2、所述引导线7或所述充电站外场环路4的一侧，越靠近所述边界线2、所述引导线7或所述充电站外场环路4，磁场强度越大；也就是说，磁感线圈越靠近所述边界线2、所述引导线7或所述充电站外场环路4，其输出的感应电流也就越大，由于磁感线圈安装固定于自动割草机1上，因此可以根据感应电流的大小来获得自动割草机1与所述边界线2、所述引导线7或所述充电站外场环路4的距离。由于在所述边界线2、所述引导线7或所述充电站外场环路4的两侧的磁场方向相反，故而当磁感线圈在所述边界线2、所述引导线7或所述充电站外场环路4的两侧时的感应电流的极性相反(一侧为正，另一侧为负)，因此，可以根据磁感线圈的感应电流的极性变化来判断自动割草机1的磁感线圈是否越过所述边界线2、所述引导线7或所述充电站外场环路4。当某个磁感线圈的中心处于所述边界线2、所述引导线7或所述充电站外场环路4上时，所述磁感线圈的感应电流为0，因此，可以根据确定磁感线圈与所述边界线2、所述引导线7或所述充电站外场环路4的这种特殊位置关系。需要说明的是，采用交变电流脉冲信号可以避免被附加其他磁场干扰影响，由于电流脉冲信号在不同的时间点、短的时间间隔并且仅在相应的时间间隔内允许自动割草机1的传感器5接收信号(交变磁场信号)，从而系统可以过滤掉其他会干扰自动割草机1功能的磁场噪音信号。下文将以传感器5为磁感线圈，所述边界线2、所述引导线7或所述充电站外场环路4产生的引导信号为交变磁场为例来说明本发明的技术方案。

图2示出了本发明的用于自动割草机1离开充电站3的自动割草机的路径规划方法，通过设置于自动割草机1前端和尾端的两个磁感线圈(分别作为前置传感器5a和后置传感器5b)来感测边界线2和充电站外场环路4的引导信号来实现自动割草机1离开充电站3，其中，作为前置传感器5a的磁感线圈例如可以设置于所述机身的头端的中心线上，而作为后置传感器5的磁感线圈例如可以设置于所述机身的尾端的中心线的一侧。所述自动割草机的路径规划方法包括以下步骤：步骤S10、控制所述自动割草机1退出充电站3直至充电站外场环路4之外；步骤S20、控制所述自动割草机1寻找引导线7，其中，所述引导线7是预先铺设在所述自动割草机1的工作区域内；步骤S30、控制所述自动割草机1跨骑所述引导线7行走或者以一随机走廊间距跟随所述引导线7行走，直至行走预定目标距离；步骤S40、行走所述预定目标距离后，控制所述自动割草机1在所述工作区域内开始割草作业。其中，图4-图10分别对应自动割草机的路径规划方法的不同步骤中自动割草机1在工作区域的位置及方位示意图。下面将结合附图4-10来阐述本发明的自动割草机的路径规划方法。

首先，执行步骤S10，控制所述自动割草机1根据所述后置传感器5b感测所述充电站外场环路4的引导信号退出所述充电站3。自动割草机1充电完成后，需要退出充电站3并与充电站3保持间隔一定距离。具体地，如图1所示，当充电完成后，所述自动割草机1开始向外退出充电站3，当后置传感器5b感测到所述充电站外场环路4的引导信号的极性发生反转(后置传感器5b的感应电流的极性反转)时，就表示所述自动割草机1退出到所述充电站外场环路4之外。

接着，执行步骤S20，控制所述自动割草机1根据后置传感器5b感测所述引导线7的引导信号寻找引导线7来寻找引导线7。如图3所述，步骤S20可进一步包括步骤S21-S23。在步骤S21中，如图4所示，所述自动割草机1继续直线行走一段随机距离后停止，所述随机距离例如可以介于10cm-50cm之间的一个随机数值，例如10cm、20cm、30cm、4cm及50cm，当然可以根据实际需要来选择其他上述范围之外的值。在步骤S22中，如图5a、5b所示，所述自动割草机1转动以使所述后置传感器5b对准行进方向，从而可以使自动割草机1的行走方向朝着远离充电站7的方向，转向的方向可以根据后置传感器5b的感测信号的极性来决定。在步骤S23中，还需要通过后置传感器5b(当然也可以是前置传感器5a或者同时采用两者)来检测所述引导线7的引导信号，判定是否检测到所述引导线的引导信号，如果不能检测到所述引导线7的引导信号，则自动割草机1停止工作；而当能够检测到引导线7的引导信号后，继续执行后续步骤。

接着执行步骤S30，开始测量所述自动割草机1的行走距离，控制所述自动割草机1根据所述前置传感器5a和后置传感器5b感测所述引导线7的引导信号来跨骑或者跟随所述引导线7行走，直至行走预定目标距离。步骤S30可进一步分成两个并列的子步骤S31和S32，在实际运行过程中可以选择一种方式来运行。

在步骤S31中，如图6a-6e所示，根据所述前置传感器5a和后置传感器5b感测所述引导线7的引导信号来跨骑所述引导线7行走，直至预定目标距离。具体地，首先，如图6a所示，所述自动割草机1使所述引导线7和所述后置传感器5b交叉；接着，如图6b-6e所示，所述自动割草机1跨骑所述引导线7行走直至行走所述预定目标距离。

为了避免多次跨骑引导线7行走时产生车辙，避免反复碾压形成车辙影响车辙区域的草坪或制植被的生长。在步骤S32中，如图9和10所示，述自动割草机1根据所述前置传感器5a和后置传感器5b感测所述引导线7的引导信号来跟随所述引导线7行走。具体地，如图9所示，首先控制所述自动割草机1的尾端转动一随机角度，这个角度可以根据后置传感器5b和引导线7之间的距离来确定，将所述后置传感器5b与所述引导线7的距离作为所述随机走廊距离；接着，如图9所示，所述自动割草机1利用后置传感器5b来对所述引导线7的引导信号进行采样；最后，如图10所示，所述自动割草机1以采集到的所述引导线7的引导信号幅值跟随所述引导线7行走。

另外，如图11a-i所示，在自动割草机1跨骑或者跟随引导线7行走的路径上，可能会出现障碍物8(例如树木、人、动物等)，为了避免障碍物8阻碍自动割草机1的出站，在步骤S30中还包括，在控制所述自动割草机1跨骑所述引导线7行走或者以一随机走廊间距跟随所述引导线7行走的过程中遇见障碍物8时，控制所述自动割草机1执行至少一次绕障操作以自动绕开所述障碍物8。所述绕障操作包括，当所述自动割草机1在行进过程中遇到障碍物8时，首先控制所述自动割草机1倒退一预设倒退距离；接着控制所述自动割草机1朝向远离所述引导线的方向转动一预设角度；最后控制所述自动割草机1绕所述障碍物8做弧线行走，以尝试绕过所述障碍物8。需要说明的是，在绕过同一障碍物8时，多次绕障操作中所述预设倒退距离和所述预设角度可以相同也可以不同。

请参阅图11a-i示出了自动割草机1跨骑引导线7行走时绕开障碍物为例来进行说明，自动割草机1跟随引导线7行走时绕开障碍物的情形也类似。下面将结合图11a-i，将以绕障传感器104采用碰撞传感器，且经过两次绕障操作绕过障碍物8为例来说明。当自动割草机1在跨骑或者跟随所述引导线7行走过程中，碰到障碍物8，如图11a所示；控制所述自动割草机1倒退一预设倒退距离，如图11b所示，所述预设倒退距离可以根据实际需要进行调整，作为示例，所述预设倒退距离可以是10-30cm，譬如10cm、20cm或30cm；控制所述自动割草机1朝向远离所述引导线7的方向转动一预设角度，所述预设角度例如可以基于30-60°之间，譬如30°、40°、50°或60°；如图11c所示；控制所述自动割草机1绕所述障碍物8作弧线行走，以尝试绕开障碍物8，如图11d所示；自动割草机1在尝试绕开障碍物8时，再次碰到障碍物8，如图11e所示；如图11f-h重复执行倒退-转动-弧线行走的操作；如图11i所示，自动割草机1绕开了障碍物8，利用前置传感器5a和/或后置传感器5b寻找先前跨骑和跟随引导线1时的引导信号幅值，并以采集到的所述引导线7的引导信号幅值再次重跨骑或者跟随引导线7行走，直至行走到预定目标距离。

最后，执行步骤S40、如图7及图8所示，当检测到自动割草机1的总行走距离与所述预定目标距离相同时，代表自动割草机1到达目标地点，此时控制自动割草机1停止跨骑或者跟随引导线7行走；自动割草机1先向任一方向旋转90°(当然也可以是其他合适的角度)，然后开始在由所述边界线2限定出的所述工作区域内开始割草作业。作为示例，所述自动割草机1在所述工作区域内例如可以采用随机的方式进行割草作业，在进行随机割草时，自动割草机1可以360°随机旋转，当自动割草机1随机旋转一个随机方向向前割草时，自动割草机1会沿着直线方向行走直至到达边界线2(可通过前置传感器5a的响应于边界线2的引导信号产生的感应电流的极性来判定是否越过边界线2)，当遇见达边界线2后，自动割草机1会随机向内旋转一个角度进行割草。

需要说明的是，上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

如图12所示，本发明的实施例还介绍一种用于实现上述自动割草机的路径规划方法的自动割草机的路径规划系统。所述自动割草机的路径规划系统包括充电站退出模块10，引导线寻找模块20、跨骑及跟随模块30以及割草作业模块40。所述充电站退出模块10用于控制所述自动割草机1退出充电站4直至充电站外场环路4之外；所述引导线寻找模块20用于控制所述自动割草机1寻找引导线7，其中，所述引导线7是预先铺设在所述自动割草机1的工作区域内；所述跨骑及跟随模块30，用于控制所述自动割草机1跨骑所述引导线7行走或者以一随机走廊间距跟随所述引导线7行走，直至行走预定目标距离；所述割草作业模块40用于行走所述预定目标距离后，控制所述自动割草机1在所述工作区域内开始割草作业。

请参阅图12，所述引导线寻找模块20包括行走子模块21、转向子模块22及检测判定子模块23；所述行走子模块21用于控制所述自动割草机1继续行走一段随机距离；所述转向子模块22用于控制所述自动割草机1转动以使所述后置传感器5b对准行进方向；所述检测判定子模块23用于当所述后置传感器5b对准行进方向后判定是否检测到所述引导线7的引导信号，当检测到所述引导线7的引导信号时，所述自动割草机1跨骑所述引导线7或者以一随机间距跟随所述引导线7行走，直至行走所述预定目标距离。

请参阅图12，所述跨骑及跟随模块30进一步包括跨骑子模块31、跟随子模块32及绕障子模块33；所述跨骑行走子模块31用于控制所述自动割草机1使所述引导线7和所述后置传感器5b交叉，和控制所述自动割草机1跨骑所述引导线7行走直至行走所述预定目标距离；所述跟随子模块用于控制所述自动割草机1的尾端转动一随机角度，将所述后置传感器5b与所述引导线7的距离作为所述随机走廊距离，所述自动割草机1以所述随机走廊间距跟随所述引导线7行走；所述绕障子模块33用于在控制所述自动割草机1跨骑所述引导线7行走或者以一随机走廊间距跟随所述引导线7行走的过程中遇见障碍物时，控制所述自动割草机1执行至少一次绕障操作以自动绕开所述障碍物8。

需要说明的是，本发明的自动割草机的路径规划系统是与上述自动割草机的路径规划方法相对应的系统，自动割草机的路径规划系统中的功能模块或者功能子模块分别对应自动割草机的路径规划方法中的相应步骤。本发明的自动割草机的路径规划系统可与自动割草机的路径规划方法相互相配合实施。本发明的自动割草机的路径规划方法中提到的相关技术细节在自动割草机的路径规划系统中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本发明的自动割草机的路径规划系统中提到的相关技术细节也可应用在上述自动割草机的路径规划方法中。

需要说明的是，上述的各功能模块或者功能子模块，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些单元可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分单元通过处理元件调用软件的形式实现，部分单元通过硬件的形式实现。此外这些单元全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器61元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

需要说明的是，如图13所示，本发明的自动割草机的路径规划方法还可以通过一设置于自动割草机1的机身上控制单元6实现，所述控制单元6包括相互连接的存储器63和处理器61，所述存储器63存储有程序指令，该程序指令被所述处理器61执行时实现上述的自动割草机的路径规划方法。需要说明的是，当需要和外部进行通信时，所述控制单元6还包括通信器62，所述通信器62与所述处理器61连接。

上述的处理器61可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器61(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件；上述的存储器63可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(Non-volatile Memory)，例如至少一个磁盘存储器。

需要说明的是，上述控制单元6中的存储器63可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。

本发明还可以提供一种存储介质，其存储有程序，该程序被处理器61执行时实现上述的自动割草机的路径规划方法；所述存储介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，包括例如：半导体存储器设备，例如EPROM、EEPROM和闪存设备；磁盘，例如内部硬盘或可移动盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。

综上所述，本发明的自动割草机的路径规划方法、系统、设备及自动割草机，能够用于规划自动割草机离开充电站的路径，使充电站每次沿着不同的路径离开充电站，从而避免沿着自动割草机沿着固定路径出站时产生车辙，影响车辙区域的草坪或制植被的生长。本发明的自动割草机的路径规划方法、系统、设备及自动割草机，能够用于规划自动割草机离开充电站的路径，使充电站每次沿着不同的路径离开充电站，从而可以避免自动割草机沿着相同路径反复割草，提高割草效率，提升草坪的美观。本发明的自动割草机的路径规划方法、系统、设备及自动割草机，由于引导线可以根据需要布置成相对简单的形状，从而能够使自动割草机离站的路径规划更简单。本发明的自动割草机的路径规划方法、系统、设备及自动割草机，能够在跨骑或跟随引导线时自动绕开障碍物，并重新跨骑或跟随引导线直至行走预设目标距离，实现自动割草机的出站。

在本文的描述中，提供了许多特定细节，诸如部件和/或方法的实例，以提供对本发明实施例的完全理解。然而，本领域技术人员将认识到可以在没有一项或多项具体细节的情况下或通过其他设备、系统、组件、方法、部件、材料、零件等等来实践本发明的实施例。在其他情况下，未具体示出或详细描述公知的结构、材料或操作，以避免使本发明实施例的方面变模糊。

还应当理解还可以以更分离或更整合的方式实施附图所示元件中的一个或多个，或者甚至因为在某些情况下不能操作而被移除或因为可以根据特定应用是有用的而被提供。

另外，除非另外明确指明，附图中的任何标志箭头应当仅被视为示例性的，而并非限制。此外，除非另外指明，本文所用的术语“或”一般意在表示“和/或”。在术语因提供分离或组合能力是不清楚的而被预见的情况下，部件或步骤的组合也将视为已被指明。

本发明所示实施例的上述描述(包括在说明书摘要中所述的内容)并非意在详尽列举或将本发明限制到本文所公开的精确形式。尽管在本文仅为说明的目的而描述了本发明的具体实施例和本发明的实例，但是正如本领域技术人员将认识和理解的，各种等效修改是可以在本发明的精神和范围内的。如所指出的，可以按照本发明所述实施例的上述描述来对本发明进行这些修改，并且这些修改将在本发明的精神和范围内。

本文已经在总体上将系统和方法描述为有助于理解本发明的细节。此外，已经给出了各种具体细节以提供本发明实施例的总体理解。然而，相关领域的技术人员将会认识到，本发明的实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下进行实践，或者利用其它装置、系统、配件、方法、组件、材料、部分等进行实践。在其它情况下，并未特别示出或详细描述公知结构、材料和/或操作以避免对本发明实施例的各方面造成混淆。

因而，尽管本发明在本文已参照其具体实施例进行描述，但是修改自由、各种改变和替换意在上述公开内，并且应当理解，在某些情况下，在未背离所提出发明的范围和精神的前提下，在没有对应使用其他特征的情况下将采用本发明的一些特征。因此，可以进行许多修改，以使特定环境或材料适应本发明的实质范围和精神。本发明并非意在限制到在下面权利要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本发明的最佳方式公开的具体实施例，但是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而，本发明的范围将只由所附的权利要求书进行确定。

Claims (28)

1.一种自动割草机的路径规划方法，其特征在于，所述自动割草机包括机身和分别设置于所述机身的头端的至少一前置传感器和设置于所述机身的尾端的至少一后置传感器；

所述自动割草机的路径规划方法包括：

控制所述自动割草机退出充电站直至充电站外场环路之外；

控制所述自动割草机寻找引导线，其中，所述引导线是预先铺设在由边界线限定出的所述自动割草机的工作区域内；

控制所述自动割草机跨骑所述引导线行走或者以一随机走廊间距跟随所述引导线行走，直至行走预定目标距离；

其中，在控制所述自动割草机跨骑所述引导线行走或者以一随机走廊间距跟随所述引导线行走的过程中遇见障碍物时，控制所述自动割草机执行至少一次绕障操作以自动绕开所述障碍物。

2.根据权利要求1所述的自动割草机的路径规划方法，其特征在于，控制所述自动割草机寻找引导线的步骤包括：

控制所述自动割草机继续行走一段随机距离；

控制所述自动割草机转动以使所述后置传感器对准行进方向；

判定是否检测到所述引导线的引导信号：当检测到所述引导线的引导信号时，控制所述自动割草机跨骑所述引导线或者以一随机间距跟随所述引导线行走，直至行走所述预定目标距离。

3.根据权利要求2所述的自动割草机的路径规划方法，其特征在于，当未检测到所述引导线的引导信号时，控制所述自动割草机中止操作。

4.根据权利要求1所述的自动割草机的路径规划方法，其特征在于，控制所述自动割草机跨骑所述引导线行走或者以一随机间距跟随所述引导线行走，直至行走预定目标距离的步骤包括：

控制所述自动割草机使所述引导线和所述后置传感器交叉；

控制所述自动割草机跨骑所述引导线行走直至行走所述预定目标距离。

5.根据权利要求1所述的自动割草机的路径规划方法，其特征在于，控制所述自动割草机跨骑所述引导线行走或者以一随机走廊间距跟随所述引导线行走，直至行走预定目标距离的步骤包括：

控制所述自动割草机的尾端转动一随机角度，所述后置传感器与所述引导线的距离作为所述随机走廊距离；

控制所述自动割草机以所述随机走廊间距跟随所述引导线行走。

6.根据权利要求5所述的自动割草机的路径规划方法，其特征在于，控制所述自动割草机以所述随机走廊间距跟随所述引导线行走的步骤包括：

控制所述自动割草机利用所述后置传感器对所述引导线的引导信号进行采样；

控制所述自动割草机以采集到的所述引导线的引导信号幅值跟随所述引导线行走。

7.根据权利要求1所述的自动割草机的路径规划方法，其特征在于，所述前置传感器包括磁感线圈，所述后置传感器包括磁感线圈。

8.根据权利要求1所述的自动割草机的路径规划方法，其特征在于，所述自动割草机的路径规划方法还包括，行走所述预定目标距离后，控制所述自动割草机在所述工作区域内开始割草作业。

9.根据权利要求8所述的自动割草机的路径规划方法，其特征在于，所述自动割草机在所述工作区域内开始随机割草作业。

10.根据权利要求8所述的自动割草机的路径规划方法，其特征在于，所述行走所述预定目标距离后，控制所述自动割草机在所述工作区域内开始割草作业的步骤包括：

行走所述预定目标距离后，控制所述自动割草机先向任一方向转动90°，然后控制所述自动割草机在所述工作区域内开始随机割草作业。

11.根据权利要求2所述的自动割草机的路径规划方法，其特征在于，所述随机距离介于10cm-50cm之间。

12.根据权利要求11所述的自动割草机的路径规划方法，其特征在于，所述绕障操作包括：

当所述自动割草机遇到障碍物时，控制所述自动割草机倒退一预设倒退距离；

控制所述自动割草机朝向远离所述引导线的方向转动一预设角度；

控制所述自动割草机绕所述障碍物做弧线行走，以尝试绕过所述障碍物。

13.根据权利要求1-12中任意一项所述的自动割草机的路径规划方法，其特征在于，所述前置传感器设置于所述机身的头端的中心线上，所述后置传感器设置于所述机身的尾端的中心线的一侧。

14.一种自动割草机的路径规划系统，其特征在于，所述自动割草机包括机身和分别设置于所述机身的头端的至少一前置传感器和设置于所述机身的尾端的至少一后置传感器；

所述自动割草机的路径规划系统包括：

充电站退出模块，用于控制所述自动割草机退出充电站直至充电站外场环路之外；

引导线寻找模块，用于控制所述自动割草机寻找引导线，其中，所述引导线是预先铺设在由边界线限定出的所述自动割草机的工作区域内；

跨骑及跟随模块，用于控制所述自动割草机跨骑所述引导线行走或者以一随机走廊间距跟随所述引导线行走，直至行走预定目标距离；

其中，所述跨骑及跟随模块包括绕障子模块，所述绕障子模块用于在控制所述自动割草机跨骑所述引导线行走或者以一随机走廊间距跟随所述引导线行走的过程中遇见障碍物时，控制所述自动割草机执行至少一次绕障操作以自动绕开所述障碍物。

15.根据权利要求14所述的自动割草机的路径规划系统，其特征在于，所述引导线寻找模块包括：

行走子模块，用于控制所述自动割草机继续行走一段随机距离；

转向子模块，用于控制所述自动割草机转动以使所述后置传感器对准行进方向。

检测判定子模块，用于判定是否检测到所述引导线的引导信号：当检测到所述引导线的引导信号时，所述自动割草机跨骑所述引导线或者以一随机间距跟随所述引导线行走，直至行走所述预定目标距离。

16.根据权利要求14所述的自动割草机的路径规划系统，其特征在于，所述跨骑及跟随模块包括跨骑子模块，用于控制所述自动割草机使所述引导线和所述后置传感器交叉，和控制所述自动割草机跨骑所述引导线行走直至行走所述预定目标距离。

17.根据权利要求14所述的自动割草机的路径规划系统，其特征在于，所述跨骑及跟随模块包括跟随子模块，用于控制所述自动割草机的尾端转动一随机角度，将所述后置传感器与所述引导线的距离作为所述随机走廊距离，所述自动割草机以所述随机走廊间距跟随所述引导线行走。

18.根据权利要求14所述的自动割草机的路径规划系统，其特征在于，所述自动割草机的路径规划系统还包括，割草作业模块，用于行走所述预定目标距离后，控制所述自动割草机在由所述边界线限定出的所述工作区域内开始割草作业。

19.根据权利要求14所述的自动割草机的路径规划系统，其特征在于，所述绕障子模块包括：

倒退子模块，用于当所述自动割草机遇到障碍物时，控制所述自动割草机倒退一预设倒退距离；

转动子模块，用于控制所述自动割草机朝向远离所述引导线的方向转动一预设角度；

弧线行走子模块，用于控制所述自动割草机绕所述障碍物做弧线行走，以尝试绕过所述障碍物。

20.一种自动割草机，其特征在于，所述自动割草机包括：

机身；

至少一前置传感器，设置于所述机身的前端；

至少一后置传感器，设置于所述机身的尾端；

避障检测装置，设置于所述机身上；

控制单元，设置于所述机身上，所述控制单元包括相互耦合的处理器和存储器，所述存储器存储有程序指令，当所述存储器存储的程序指令被所述处理器执行时实现权利要求1-13中任意一项所述的自动割草机的路径规划方法。

21.一种存储介质，其特征在于，包括程序，当所述程序在计算机上运行时，使得所述计算机执行如权利要求1-13中任意一项所述的自动割草机的路径规划方法。

22.一种自动割草机的路径规划设备，其特征在于，所述自动割草机的路径规划设备包括：

自动割草机，包括机身，设置于所述机身上的避障检测装置以及分别设置于所述机身的头端的至少一前置传感器和设置于所述机身的尾端的至少一后置传感器；

至少一条引导线，预先铺设在所述自动割草机的工作区域内；

边界线，预先铺设在所述自动割草机的所述工作区域的边沿上；

充电站，所述充电站位于所述边界线上，所述充电站内设置有充电站外场环路；

所述传感器用于感测所述边界线、所述充电站外场环路及所述引导线的组合中的至少一个的引导信号；所述控制单元用于根据引导信号控制所述自动割草机自动离开所述充电站。

23.根据权利要求22所述的自动割草机的路径规划设备，其特征在于，所述边界线沿所述工作区域的边沿固定在地面上或埋在地面下方。

24.根据权利要求22所述的自动割草机的路径规划设备，其特征在于，所述引导线固定在地面上或埋在地面下方。

25.根据权利要求22所述的自动割草机的路径规划设备，其特征在于，所述引导信号包括交变磁场；所述前置传感器包括磁感线圈，所述后置传感器包括磁感线圈。

26.根据权利要求22所述的自动割草机的路径规划设备，其特征在于，所述自动割草机的路径规划设备包括多条所述引导线。

27.根据权利要求22所述的自动割草机的路径规划设备，其特征在于，所述自动割草机的路径规划设备还包括信号发生装置，所述信号发生装置分别与所述引导线、所述边界线及所述充电站外场环路连接。

28.根据权利要求22-27中任意一项所述的自动割草机的路径规划设备，其特征在于，所述前置传感器设置于所述机身的头端的中心线上，所述后置传感器设置于所述机身的尾端的中心线的一侧。

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